江苏大学徐丽/李赫楠AFM：(Zn, Cu)-NC助力高效ORR

双-单原子催化剂（Dual-single-atom catalysts）具有相邻原子和金属位点的协同作用，在氧还原反应（ORR）中显示出巨大的应用潜力。基于此， 江苏大学徐丽副研究员和李赫楠（共同通讯作者）等人 报道了一种以氮掺杂碳为载体，利用动态合成策略合成了具有相邻Cu和Zn位点协同作用的双-原子催化剂（(Zn, Cu)-NC）。

动态过程是指大量的Cu离子被Zn源在高温下持续挥发产生的碳空位不断捕获。因此，被捕获的Cu离子与碳骨架中的C原子结合形成Cu-C配位。通过碳酸胍分解的NH ₃ ，最终将Cu离子还原为Cu ⁺ ，生成Cu(I)-C ₂ N位点，因此该策略还实现了Cu原子的高密度负载。

此外，Zn离子还与碳酸胍的-NH ₂ 部分形成Zn-N配位，然后以Zn-N ₄ 配位的形式保留，并与Cu(I)-C ₂ N位点协同作用形成双原子ORR催化剂（(Zn, Cu)-NC）。

实验测试发现，(Zn, Cu)-NC表现出0.88 V vs RHE的ORR半波电位和长期稳定性。密度泛函理论（DFT）计算发现，具有长程非共价态的Zn和Cu原子之间的协同效应，这反映在Zn和Cu原子之间的非键距离为3.604 Å。更重要的是，由于Zn和Cu位点的存在，(Zn, Cu)-NC催化剂可以通过桥吸附模式有效吸附O ₂ ，增强金属3d和O 2p轨道之间的轨道杂化效应，并激活O-O键，从而使ORR顺利进行。

此外，液态(Zn, Cu)-NC基Zn-空气电池不仅产生高功率密度，而且准固态(Zn, Cu)-NC基Zn-空气电池比Pt/C基电池具有更高的比容量和更长的循环稳定性。

Non-Covalent Interaction of Atomically Dispersed Cu and Zn Pair Sites for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Adv. Funct. Mater., 2022 , DOI: 10.1002/adfm.202203471.

https://doi.org/10.1002/adfm.202203471.

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